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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-03-28
(45)【発行日】2023-04-05
(54)【発明の名称】シリコンウェーハの熱処理方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/26 20060101AFI20230329BHJP
C30B 29/06 20060101ALI20230329BHJP
C30B 33/02 20060101ALI20230329BHJP
【ＦＩ】
H01L21/26 F
C30B29/06 B
C30B33/02
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2019220429
(22)【出願日】2019-12-05
(65)【公開番号】P2021090006
(43)【公開日】2021-06-10
【審査請求日】2022-06-13
(73)【特許権者】
【識別番号】312007423
【氏名又は名称】グローバルウェーハズ・ジャパン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100101878
【弁理士】
【氏名又は名称】木下 茂
(74)【代理人】
【識別番号】100187506
【弁理士】
【氏名又は名称】澤田 優子
(72)【発明者】
【氏名】斉藤 広幸
(72)【発明者】
【氏名】須藤 治生
(72)【発明者】
【氏名】前田 進
(72)【発明者】
【氏名】松村 尚
(72)【発明者】
【氏名】小野塚 健
【審査官】鈴木 智之
(56)【参考文献】
【文献】特開２００４－１１１７３２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－０１５２９８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－１６３５９８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－１５３０８３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－３１１２００（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／２６
Ｃ３０Ｂ ２９／０６
Ｃ３０Ｂ ３３／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
シリコンウェーハに急速昇降温熱処理を施すことによりウェーハ表面部に無欠陥層を形成するシリコンウェーハの熱処理方法において、シリコンウェーハの酸素濃度を［Ｏｉ］（×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）とし、前記シリコンウェーハの窒素濃度を［Ｎ］（×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）とし、急速昇降温熱処理での最高到達温度をＡ（℃）としたとき、
前記ウェーハ表面部に形成される無欠陥層の厚さの予測値Ｂ（μｍ）は、
Ｂ＝－６．１３１×［Ｎ］－１７３．３９２×［Ｏｉ］－０．９３８×Ａ＋１５７８
・・・（１）
により求められ、
前記式（１）の予測値Ｂに、無欠陥層の厚さの目標値を代入することにより求められた最高到達温度Ａを用いて急速昇降温熱処理を施すことを特徴とするシリコンウェーハの熱処理方法。
【請求項2】
前記式（１）の酸素濃度［Ｏｉ］と窒素濃度［Ｎ］とに代入する値は、急速昇降温熱処理を施すシリコンウェーハと同一のシリコン単結晶から得られた他のシリコンウェーハの急速昇降温熱処理前の測定値であることを特徴とする請求項１に記載されたシリコンウェーハの熱処理方法。
【請求項3】
前記急速昇降温熱処理における前記最高到達温度Ａは、１３００℃以上１３５０℃以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載されたシリコンウェーハの熱処理方法。
【請求項4】
前記急速昇降温熱処理において、前記最高到達温度Ａで３０ｓｅｃ以上の熱処理を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載されたシリコンウェーハの熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、シリコンウェーハの熱処理方法に関し、特にチョクラルスキー法（ＣＺ法）により育成されたシリコン単結晶からスライスされたシリコンウェーハに対して急速昇降温熱処理（ＲＴＰ）を行い、無欠陥層（ＤＺ層：Denuded Zone層）の厚さを制御するシリコンウェーハの熱処理方法に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体デバイスを形成するための基板としてシリコンウェーハが用いられている。このシリコンウェーハの表面近傍（表面部）はデバイス活性領域となり、この領域には、ＣＯＰ（Crystal Originated Particle）、ＢＭＤ（Bulk Micro Defect）核等の結晶欠陥が存在しないことが要求される。
従来、表面部に結晶欠陥が存在しないシリコンウェーハを得るには、例えば特許文献１に開示されるように、チョクラルスキー法（ＣＺ法）によりシリコン単結晶を引き上げる際、結晶引上速度ｖと単結晶内の引上軸方向の温度勾配の平均値Ｇとの比（ｖ／Ｇ値）を制御することにより無欠陥の単結晶シリコンインゴットを育成し、これをスライスして得ることができる。
従来、表面部に結晶欠陥が存在しないシリコンウェーハを得るには、例えば特許文献１に開示されるように、チョクラルスキー法（ＣＺ法）によりシリコン単結晶を引き上げる際、結晶引上速度ｖと単結晶内の引上軸方向の温度勾配の平均値Ｇとの比（ｖ／Ｇ値）を制御することにより無欠陥の単結晶シリコンインゴットを育成し、これをスライスして得ることができる。
【0003】
しかしながら、無欠陥の単結晶シリコンインゴットを育成するには、結晶の育成速度（引上速度ｖ）を低速に制御しなければならないため、長時間を要し、製造単価が高くなるという課題があった。
前記課題を解決するため、近年では、単結晶シリコンインゴットを高速育成し、スライスしたシリコンウェーハに対して高温での熱処理を施し、ウェーハ表面部に無欠陥層（ＤＺ層：Denuded Zone層）を形成する方法が多く採用されている。
前記課題を解決するため、近年では、単結晶シリコンインゴットを高速育成し、スライスしたシリコンウェーハに対して高温での熱処理を施し、ウェーハ表面部に無欠陥層（ＤＺ層：Denuded Zone層）を形成する方法が多く採用されている。
【0004】
例えば、特許文献２には、不活性ガス或いは還元性ガスの雰囲気中において、１１００℃以上の高温下で、１分以上の熱処理を施すことにより、ウェーハ表面部の固溶酸素を外方拡散させ、ＣＯＰやＢＭＤ核等を消滅させる方法が開示されている。
【0005】
或いは、特許文献３に開示されるように、シリコンウェーハに対して、１１５０℃以上の高温で秒単位（数秒～６０秒）の急速昇降温熱処理（ＲＴＰ（Rapid Thermal Process）処理）を施し、デバイス活性領域となるウェーハの表面部に無欠陥層を形成する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開平８－３３０３１６号公報
【文献】特開２００１－２８４３６２号公報
【文献】特表２００１－５０９３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
ところで、高速育成した単結晶インゴットをスライスしたシリコンウェーハに対し高温の熱処理を行い表面部のボイド欠陥を消去する方法において、例えば特許文献２に開示された方法では、１１００℃以上の温度で１～２時間の熱処理を行っている。
しかしながら、温度が１２００℃付近の高温で長時間の熱処理になると、炉体の影響により汚染する、或いは、ウェーハ周端部に接触するウェーハ支持部からスリップ転位が発生し、ウェーハが塑性変形する等の不具合が発生する虞があった。
また、特許文献３に開示されるように数秒～６０秒といった短時間の急速昇降温熱処理を行う方法にあっては、特許文献２記載の発明は有する課題（炉体からの汚染、スリップ転位）の発生は抑制されるものの、使用するサンプルによって無欠陥層の厚さが大きくばらつき、均質な無欠陥層の製品を製造することが困難であるという課題があった。
しかしながら、温度が１２００℃付近の高温で長時間の熱処理になると、炉体の影響により汚染する、或いは、ウェーハ周端部に接触するウェーハ支持部からスリップ転位が発生し、ウェーハが塑性変形する等の不具合が発生する虞があった。
また、特許文献３に開示されるように数秒～６０秒といった短時間の急速昇降温熱処理を行う方法にあっては、特許文献２記載の発明は有する課題（炉体からの汚染、スリップ転位）の発生は抑制されるものの、使用するサンプルによって無欠陥層の厚さが大きくばらつき、均質な無欠陥層の製品を製造することが困難であるという課題があった。
【0008】
前記したような事情のもと、本願発明者は、前記課題を解決するために鋭意研究を行い、ＲＴＰ処理後の初期酸素濃度、初期窒素濃度、及び最高到達温度の相互の関係により、無欠陥層の厚さが求まることを知見し本発明をするに至った。
本発明の目的は、シリコンウェーハに熱処理を施すことによりウェーハ表面部に無欠陥層を形成するシリコンウェーハの熱処理方法において、形成される前記無欠陥層の厚さを均一に制御することのできるシリコンウェーハの熱処理方法を提供することにある。
本発明の目的は、シリコンウェーハに熱処理を施すことによりウェーハ表面部に無欠陥層を形成するシリコンウェーハの熱処理方法において、形成される前記無欠陥層の厚さを均一に制御することのできるシリコンウェーハの熱処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
前記課題を解決するためになされた、本発明に係るシリコンウェーハの熱処理方法は、シリコンウェーハに急速昇降温熱処理を施すことによりウェーハ表面部に無欠陥層を形成するシリコンウェーハの熱処理方法において、シリコンウェーハの酸素濃度を［Ｏｉ］（×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）とし、前記シリコンウェーハの窒素濃度を［Ｎ］（×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）とし、急速昇降温熱処理での最高到達温度をＡ（℃）としたとき、前記ウェーハ表面部に形成される無欠陥層の厚さの予測値Ｂ（μｍ）は、Ｂ＝－６．１３１×［Ｎ］－１７３．３９２×［Ｏｉ］－０．９３８×Ａ＋１５７８・・・（１）により求められ、前記式（１）の予測値Ｂに、無欠陥層の厚さの目標値を代入することにより求められた最高到達温度Ａを用いて急速昇降温熱処理を施すことに特徴を有する。
尚、前記式（１）の酸素濃度［Ｏｉ］と窒素濃度［Ｎ］とに代入する値は、急速昇降温熱処理を施すシリコンウェーハと同一のシリコン単結晶から得られた他のシリコンウェーハの急速昇降温熱処理前の測定値であることが望ましい。
また、前記急速昇降温熱処理における前記最高到達温度Ａは、１３００℃以上１３５０℃以下であることが望ましい。
また、前記急速昇降温熱処理において、前記最高到達温度Ａで３０ｓｅｃ以上の熱処理を行うことが望ましい。
尚、前記式（１）の酸素濃度［Ｏｉ］と窒素濃度［Ｎ］とに代入する値は、急速昇降温熱処理を施すシリコンウェーハと同一のシリコン単結晶から得られた他のシリコンウェーハの急速昇降温熱処理前の測定値であることが望ましい。
また、前記急速昇降温熱処理における前記最高到達温度Ａは、１３００℃以上１３５０℃以下であることが望ましい。
また、前記急速昇降温熱処理において、前記最高到達温度Ａで３０ｓｅｃ以上の熱処理を行うことが望ましい。
【0010】
このような熱処理方法によれば、短時間の急速昇降温熱処理により、炉体からの汚染やスリップ転位の発生を防止してシリコンウェーハの表層に無欠陥層を形成することができ、シリコンウェーハの酸素濃度と窒素濃度、及び目標とするウェーハ表面部の無欠陥層の厚さから、関係式に基づき急速熱処理工程での最高到達温度を決定し、その最高到達温度で急速熱処理を行うことにより目標とする無欠陥層の厚さを得ることができる。
即ち、同一のシリコン単結晶から得た他のシリコンウェーハの酸素濃度及び窒素濃度の測定結果を予め得ておき、それを無欠陥層の目標とする厚さとともに関係式に代入して得た最高到達温度で急速熱処理を行うことにより無欠陥層の厚さを均一にすることができる。
即ち、同一のシリコン単結晶から得た他のシリコンウェーハの酸素濃度及び窒素濃度の測定結果を予め得ておき、それを無欠陥層の目標とする厚さとともに関係式に代入して得た最高到達温度で急速熱処理を行うことにより無欠陥層の厚さを均一にすることができる。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、シリコンウェーハに熱処理を施すことによりウェーハ表面部に無欠陥層（ＤＺ層）を形成するシリコンウェーハの熱処理方法において、形成される前記無欠陥層の厚さを均一に制御することのできるシリコンウェーハの熱処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明のシリコンウェーハの熱処理方法に用いられるＲＴＰ装置の一例の概要を示す断面図である。
本発明のシリコンウェーハの熱処理方法に用いられるＲＴＰ装置１０は、図１に示すように、雰囲気ガス導入口２０ａ及び雰囲気ガス排出口２０ｂを備えたチャンバ（反応管）２０と、チャンバ２０の上部に離間して配置された複数のランプ３０と、チャンバ２０内の反応空間２５にウェーハＷを支持するウェーハ支持部４０とを備える。また、図示しないが、ウェーハＷをその中心軸周りに所定速度で回転させる回転手段を備えている。
図１は、本発明のシリコンウェーハの熱処理方法に用いられるＲＴＰ装置の一例の概要を示す断面図である。
本発明のシリコンウェーハの熱処理方法に用いられるＲＴＰ装置１０は、図１に示すように、雰囲気ガス導入口２０ａ及び雰囲気ガス排出口２０ｂを備えたチャンバ（反応管）２０と、チャンバ２０の上部に離間して配置された複数のランプ３０と、チャンバ２０内の反応空間２５にウェーハＷを支持するウェーハ支持部４０とを備える。また、図示しないが、ウェーハＷをその中心軸周りに所定速度で回転させる回転手段を備えている。
【0014】
ウェーハ支持部４０は、ウェーハＷの外周部を支持する環状のサセプタ４０ａと、サセプタ４０ａを支持するステージ４０ｂとを備える。チャンバ２０は、例えば、石英で構成されている。ランプ３０は、例えば、ハロゲンランプで構成されている。サセプタ４０ａは、例えば、シリコンで構成されている。ステージ４０ｂは、例えば、石英で構成されている。
【0015】
図１に示すＲＴＰ装置１０を用いてウェーハＷに対しＲＴＰを行う場合は、チャンバ２０に設けられた図示しないウェーハ導入口より、ウェーハＷを反応空間２５内に導入し、ウェーハ支持部４０のサセプタ４０ａ上にウェーハＷを支持する。そして、雰囲気ガス導入口２０ａから後述する雰囲気ガスを導入すると共に、図示しない回転手段によりウェーハＷを回転させながら、ランプ３０によりウェーハＷ表面に対してランプ照射をすることで行う。
【0016】
尚、このＲＴＰ装置１０における反応空間２５内の温度制御は、ウェーハ支持部４０のステージ４０ｂに埋め込まれた複数の放射温度計５０によってウェーハＷの下部のウェーハ径方向におけるウェーハ面内多点（例えば、９点）の平均温度を測定し、その測定された温度に基づいて複数のハロゲンランプ３０の制御（各ランプの個別のＯＮ－ＯＦＦ制御や、発光する光の発光強度の制御等）を行う。
【0017】
次に、本発明に係わるシリコンウェーハの熱処理方法について図面を参照して説明する。本発明に係わるシリコンウェーハの熱処理方法は、チョクラルスキー法により育成したシリコン単結晶インゴットからスライスされたシリコンウェーハに対して、所定の製造条件によりＲＴＰを行う。
【0018】
チョクラルスキー法によるシリコン単結晶インゴットの育成は周知の方法にて行う。
すなわち、石英ルツボに充填した多結晶シリコンを加熱してシリコン融液とし、このシリコン融液の液面上方から種結晶を接触させて、種結晶と石英ルツボを回転させながら引上げ、所望の直径まで拡径して直胴部を育成することでシリコン単結晶インゴットを製造する。
すなわち、石英ルツボに充填した多結晶シリコンを加熱してシリコン融液とし、このシリコン融液の液面上方から種結晶を接触させて、種結晶と石英ルツボを回転させながら引上げ、所望の直径まで拡径して直胴部を育成することでシリコン単結晶インゴットを製造する。
【0019】
こうして得られたシリコン単結晶インゴットは、周知の方法によりシリコンウェーハに加工される。
すなわち、シリコン単結晶インゴットを内周刃又はワイヤソー等によりウェーハ状にスライスした後、外周部の面取り、ラッピング、エッチング、研磨等の加工工程を経て、シリコンウェーハを製造する（図２のステップＳ１）。
なお、ここで記載された加工工程は例示的なものであり、本発明は、この加工工程のみに限定されるものではない。
すなわち、シリコン単結晶インゴットを内周刃又はワイヤソー等によりウェーハ状にスライスした後、外周部の面取り、ラッピング、エッチング、研磨等の加工工程を経て、シリコンウェーハを製造する（図２のステップＳ１）。
なお、ここで記載された加工工程は例示的なものであり、本発明は、この加工工程のみに限定されるものではない。
【0020】
次に、製造されたシリコンウェーハに対してＲＴＰを行う。
ここで同一のシリコン単結晶から得られた複数のシリコンウェーハのうち１枚を抜き取り、それを酸素濃度及び窒素濃度の測定に用いる（ステップＳ２）。
ここで、本発明にあっては、シリコンウェーハの熱処理前の酸素濃度を［Ｏｉ］（×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）とし、前記シリコンウェーハの熱処理前の窒素濃度を［Ｎ］（×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）とし、急速昇降温熱処理での最高到達温度をＡ（℃）としたとき、前記ウェーハ表面部に形成される無欠陥層の厚さの予測値Ｂ（μｍ）は、
Ｂ＝－６．１３１×［Ｎ］－１７３．３９２×［Ｏｉ］－０．９３８×Ａ＋１５７８・・・（１） により求められる。尚、この式（１）の特定については、後述する。
そして、前記式（１）の予測値Ｂに、無欠陥層の厚さの目標値を代入することにより急速昇降温熱処理での最高到達温度Ａを決定する（ステップＳ３）。
ここで同一のシリコン単結晶から得られた複数のシリコンウェーハのうち１枚を抜き取り、それを酸素濃度及び窒素濃度の測定に用いる（ステップＳ２）。
ここで、本発明にあっては、シリコンウェーハの熱処理前の酸素濃度を［Ｏｉ］（×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）とし、前記シリコンウェーハの熱処理前の窒素濃度を［Ｎ］（×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）とし、急速昇降温熱処理での最高到達温度をＡ（℃）としたとき、前記ウェーハ表面部に形成される無欠陥層の厚さの予測値Ｂ（μｍ）は、
Ｂ＝－６．１３１×［Ｎ］－１７３．３９２×［Ｏｉ］－０．９３８×Ａ＋１５７８・・・（１） により求められる。尚、この式（１）の特定については、後述する。
そして、前記式（１）の予測値Ｂに、無欠陥層の厚さの目標値を代入することにより急速昇降温熱処理での最高到達温度Ａを決定する（ステップＳ３）。
【0021】
具体的に一例を挙げれば、無欠陥層の厚さの目標値が１３２．１２μｍ、一枚目のウェーハの酸素濃度が、１．２２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、窒素濃度が２．５７×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３から、
１３２．１２＝－６．１３１×［２．５７×１０１４］－１７３．３９２×［１．２２×１０１８］－０．９３８×Ａ＋１５７８となり、この式からＡは１３００℃となる。
１３２．１２＝－６．１３１×［２．５７×１０１４］－１７３．３９２×［１．２２×１０１８］－０．９３８×Ａ＋１５７８となり、この式からＡは１３００℃となる。
【0022】
尚、前記式（１）を用いて求められた最高到達温度は、１３００℃以上１４００℃以下が好ましく、特に１３００℃以上１３５０℃以下が望ましい。
最高到達温度が１３００℃未満であると、ボイド欠陥が消滅しないため好ましくない。また、最高到達温度が１４００℃を超えると、シリコンの融点近傍であるため、塑性変形やシリコンウェーハの表面が粗れるため好ましくない。ボイド欠陥の消滅や塑性変形の抑制等の観点から１３００℃以上１３５０℃以下であることが好ましい。
最高到達温度が１３００℃未満であると、ボイド欠陥が消滅しないため好ましくない。また、最高到達温度が１４００℃を超えると、シリコンの融点近傍であるため、塑性変形やシリコンウェーハの表面が粗れるため好ましくない。ボイド欠陥の消滅や塑性変形の抑制等の観点から１３００℃以上１３５０℃以下であることが好ましい。
【0023】
また、最高到達温度での処理時間は３０ｓｅｃが好ましく、それは、比較的短時間の熱処理とすることで、炉体からの汚染やサセプタとの接触によるスリップ転位の発生を防止するためである。また、ボイド欠陥を消去するために３０ｓｅｃ程度の最高到達温度での熱処理が必要であり、それ以上の長時間の最高到達温度での熱処理になると、ハロゲンランプ３０の破損が生じる虞があり好ましくない。
【0024】
尚、前記式（１）は、熱処理後ウェーハの窒素濃度及び酸素濃度が高いと無欠陥層の厚さが薄くなるが、窒素濃度、酸素濃度が低くても最高到達温度が高ければ、空孔の飽和濃度が高くなるため、バルク中空孔密度が高くなり、無欠陥層の厚さが薄くなることを意味している。
【0025】
次いで、図１に示すようなＲＴＰ装置１０において、所望の温度（例えば、５００℃）で保持されたチャンバ２０内に１枚のシリコンウェーハＷを設置する（ステップＳ４）。
チャンバ２０内は、雰囲気ガス導入口２０ａから酸化性ガスを導入し、ボイド欠陥を消去するために、酸化性ガスがウェーハ表面に曝される状態とする（ステップＳ５）。
チャンバ２０内は、雰囲気ガス導入口２０ａから酸化性ガスを導入し、ボイド欠陥を消去するために、酸化性ガスがウェーハ表面に曝される状態とする（ステップＳ５）。
【0026】
そして、ハロゲンランプ３０によりチャンバ２０内を加熱し、例えば２５℃／秒の昇温速度とし、前記決定した最高到達温度（例えば１３５０℃）で３０秒間保持した後、１２０℃／秒で降温して急速昇降温熱処理（ＲＴＰ）を行う（ステップＳ６）。
ＲＴＰ後、チャンバ２０からシリコンウェーハＷを取り出し、次のウェーハＷの処理を行う（ステップＳ７）。
ＲＴＰ後、チャンバ２０からシリコンウェーハＷを取り出し、次のウェーハＷの処理を行う（ステップＳ７）。
【0027】
このように本発明に係る実施の形態によれば、短時間の急速昇降温熱処理により、炉体からの汚染やスリップ転位の発生を防止してシリコンウェーハＷの表層に無欠陥層を形成することができ、シリコンウェーハＷの急速昇降温熱処理前の酸素濃度［Ｏｉ］と窒素濃度［Ｎ］、及び目標とするウェーハ表面部の無欠陥層の厚さから、関係式（１）に基づき急速昇降温熱処理での最高到達温度を決定し、その最高到達温度で急速昇降温熱処理を行うことにより目標とする無欠陥層の厚さを得ることができる。
即ち、同一のシリコン単結晶から得た他のシリコンウェーハの急速熱処理前の酸素濃度及び窒素濃度の測定結果を予め得ておき、それを無欠陥層の目標とする厚さとともに関係式に代入して得た最高到達温度で急速熱処理を行うことにより無欠陥層の厚さを均一にすることができる。
即ち、同一のシリコン単結晶から得た他のシリコンウェーハの急速熱処理前の酸素濃度及び窒素濃度の測定結果を予め得ておき、それを無欠陥層の目標とする厚さとともに関係式に代入して得た最高到達温度で急速熱処理を行うことにより無欠陥層の厚さを均一にすることができる。
【0028】
尚、前記実施の形態においては、ＲＴＰ装置１０での熱処理の際、チャンバ２０内に導入される雰囲気を酸化性ガスとしたが、本発明にあっては、それに限定されるものではなく、アルゴンガスや窒素ガスなどの不活性ガスをチャンバ２０内に導入するようにしてもよい。
【0029】
（式の特定）
次に、シリコンウェーハの酸素濃度を［Ｏｉ］（×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）とし、前記シリコンウェーハの窒素濃度を［Ｎ］（×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）とし、急速昇降温熱処理での最高到達温度をＡ（℃）としたとき、前記ウェーハ表面部に形成される無欠陥層の厚さの予測値Ｂ（μｍ）は、
Ｂ＝－６．１３１×［Ｎ］－１７３．３９２×［Ｏｉ］－０．９３８×Ａ＋１５７８
・・・（１）となる。この式（１）は以下に示す実験例から求めた。
また、この式の成立条件は、初期酸素濃度１．１３～１．４０（×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）、初期窒素濃度１．９３～６．２９９（×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）、温度１３００℃～１３５０℃の範囲である。
次に、シリコンウェーハの酸素濃度を［Ｏｉ］（×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）とし、前記シリコンウェーハの窒素濃度を［Ｎ］（×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）とし、急速昇降温熱処理での最高到達温度をＡ（℃）としたとき、前記ウェーハ表面部に形成される無欠陥層の厚さの予測値Ｂ（μｍ）は、
Ｂ＝－６．１３１×［Ｎ］－１７３．３９２×［Ｏｉ］－０．９３８×Ａ＋１５７８
・・・（１）となる。この式（１）は以下に示す実験例から求めた。
また、この式の成立条件は、初期酸素濃度１．１３～１．４０（×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）、初期窒素濃度１．９３～６．２９９（×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）、温度１３００℃～１３５０℃の範囲である。
【実施例】
【0030】
本発明に係るシリコンウェーハの熱処理方法について、実施例に基づきさらに説明する。本実施例では、前記実施の形態に基づき、検証実験を行った。
【0031】
（実験１）
実験１では、図１に示したＲＴＰ装置を用い、表１に示す条件（最高到達温度、ＲＴＰ前の酸素濃度、ＲＴＰ前の窒素濃度）において急速熱処理を行い、式（１）から得た無欠陥層の厚さと無欠陥層の厚さとを測定し、比較検証した。
実験１では、図１に示したＲＴＰ装置を用い、表１に示す条件（最高到達温度、ＲＴＰ前の酸素濃度、ＲＴＰ前の窒素濃度）において急速熱処理を行い、式（１）から得た無欠陥層の厚さと無欠陥層の厚さとを測定し、比較検証した。
【0032】
（表１）
【0033】
実験１の結果を図３のグラフに示す。
図３のグラフにおいて、縦軸は、式（１）より得られた無欠陥層の厚さ予測値（μｍ）であり、横軸は、ＲＴＰ後の無欠陥層の厚さの実測値（μｍ）である。
図３のグラフに示すように実測値と予測値は略一致し、式（１）の関係式が正しいことを確認することができた。
（実験２）
実験２では、図１に示したＲＴＰ装置を用い、最高到達温度を変えて複数回の急速熱処理を行い、式（１）から得た無欠陥層の厚さ（目標値）と測定した無欠陥層の厚さ（実測値）とを、比較検証した。
また、熱処理後のウェーハにおいて、ボイド、析出核が消滅したかを観察した。
表２に具体的条件（最高到達温度、処理時間、ＲＴＰ前の酸素濃度、ＲＴＰ前の窒素濃度）を示す。
図３のグラフにおいて、縦軸は、式（１）より得られた無欠陥層の厚さ予測値（μｍ）であり、横軸は、ＲＴＰ後の無欠陥層の厚さの実測値（μｍ）である。
図３のグラフに示すように実測値と予測値は略一致し、式（１）の関係式が正しいことを確認することができた。
（実験２）
実験２では、図１に示したＲＴＰ装置を用い、最高到達温度を変えて複数回の急速熱処理を行い、式（１）から得た無欠陥層の厚さ（目標値）と測定した無欠陥層の厚さ（実測値）とを、比較検証した。
また、熱処理後のウェーハにおいて、ボイド、析出核が消滅したかを観察した。
表２に具体的条件（最高到達温度、処理時間、ＲＴＰ前の酸素濃度、ＲＴＰ前の窒素濃度）を示す。
【0034】
尚、表２に示すように、実施例９での最高到達温度は１３００℃、窒素濃度は２．６（×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）、酸素濃度は１．２２（×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）、無欠陥層の目標値は１３２μｍである。
また、実施例１０での最高到達温度は１３５０℃、窒素濃度は２．６（×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）、酸素濃度は１．２３（×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）、無欠陥層の目標値は８３μｍである。
また、実施例１０での最高到達温度は１３５０℃、窒素濃度は２．６（×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）、酸素濃度は１．２３（×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）、無欠陥層の目標値は８３μｍである。
【0035】
一方、比較例１での最高到達温度は１２５０℃、窒素濃度は２．６（×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）、酸素濃度は１．２７（×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）、無欠陥層の目標値は１２４μｍである。また、比較例２での最高到達温度は１２９０℃、窒素濃度は２．６（×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）、酸素濃度は１．２２（×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）、無欠陥層の目標値は１４１μｍである。また、比較例３での最高到達温度は１３６０℃、窒素濃度は２．６（×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）、酸素濃度は１．２３（×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）、無欠陥層の目標値は７４μｍである。また、比較例４での最高到達温度は１４００℃、窒素濃度は２．６（×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）、酸素濃度は１．２２（×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）、無欠陥層の目標値は３９μｍである。
また、全ての実施例、比較例において最高到達温度での処理時間は３０ｓｅｃとした。
また、全ての実施例、比較例において最高到達温度での処理時間は３０ｓｅｃとした。
【0036】
（表２）
【0037】
実験２の結果を表２に示す。表２には、熱処理後における無欠陥層の目標値に対する無欠陥層の実測値を示す。
実施例１では、無欠陥層の目標値１３２μｍに対し測定値は１５４μｍとなり、実施例２では、無欠陥層の目標値８３μｍに対し測定値は７８μｍとなり、いずれも近似した結果を得ることができた。また、無欠陥層においてボイド、析出核の消滅を確認することができた。
実施例１では、無欠陥層の目標値１３２μｍに対し測定値は１５４μｍとなり、実施例２では、無欠陥層の目標値８３μｍに対し測定値は７８μｍとなり、いずれも近似した結果を得ることができた。また、無欠陥層においてボイド、析出核の消滅を確認することができた。
【0038】
一方、比較例１では、無欠陥層の目標値１２４μｍに対し測定値は１６μｍとなり、大きく差異が生じた。また、無欠陥層においてボイド、析出核は消滅しなかった。
比較例２では、無欠陥層の目標値１４１μｍに設定したが、ボイドは消滅しなかった。
比較例３では、ウェーハの表面粗れが発生し、無欠陥層の膜厚測定が不可能であった。
比較例４では、１４００℃の最高到達温度での熱処理が装置上不可能であり、実施できなかった。
比較例２では、無欠陥層の目標値１４１μｍに設定したが、ボイドは消滅しなかった。
比較例３では、ウェーハの表面粗れが発生し、無欠陥層の膜厚測定が不可能であった。
比較例４では、１４００℃の最高到達温度での熱処理が装置上不可能であり、実施できなかった。
【0039】
表２に示す結果より、本発明における急速昇降温熱処理の最高到達温度の範囲は、１３００℃以上１３５０℃以下の範囲が望ましいことを確認することができた。
【0040】
（実験３）
実験３では、図１に示したＲＴＰ装置を用い、実験１、２で確認した好ましい最高到達温度１３００℃において、熱処理時間を変化させ、その好ましい時間について検証した。結果として、式（１）から得た無欠陥層の厚さ（目標値）と測定した無欠陥層の厚さ（実測値）とを、比較検証した。また、熱処理後のウェーハにおいて、ボイド、析出核が消滅したかを観察した。
表３に具体的条件（最高到達温度、処理時間、ＲＴＰ前の酸素濃度、ＲＴＰ前の窒素濃度）を示す。
実験３では、図１に示したＲＴＰ装置を用い、実験１、２で確認した好ましい最高到達温度１３００℃において、熱処理時間を変化させ、その好ましい時間について検証した。結果として、式（１）から得た無欠陥層の厚さ（目標値）と測定した無欠陥層の厚さ（実測値）とを、比較検証した。また、熱処理後のウェーハにおいて、ボイド、析出核が消滅したかを観察した。
表３に具体的条件（最高到達温度、処理時間、ＲＴＰ前の酸素濃度、ＲＴＰ前の窒素濃度）を示す。
【0041】
（表３）
【0042】
尚、表３には、最高到達温度が１３００℃であった実施例９（実験２で実施）を比較のため含めている。
また、実施例１１での最高到達温度は１３００℃、処理時間は３０ｓｅｃ、窒素濃度は５．２３（×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）、酸素濃度は１．２８（×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）、無欠陥層の目標値は１０４μｍである。
実施例１２での最高到達温度は１３００℃、処理時間は３５ｓｅｃ、窒素濃度は５．２３（×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）、酸素濃度は１．２８（×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）、無欠陥層の目標値は１０４μｍである。
実施例１３での最高到達温度は１３００℃、処理時間は４０ｓｅｃ、窒素濃度は５．２３（×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）、酸素濃度は１．２８（×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）、無欠陥層の目標値は１０４μｍである。
また、実施例１１での最高到達温度は１３００℃、処理時間は３０ｓｅｃ、窒素濃度は５．２３（×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）、酸素濃度は１．２８（×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）、無欠陥層の目標値は１０４μｍである。
実施例１２での最高到達温度は１３００℃、処理時間は３５ｓｅｃ、窒素濃度は５．２３（×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）、酸素濃度は１．２８（×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）、無欠陥層の目標値は１０４μｍである。
実施例１３での最高到達温度は１３００℃、処理時間は４０ｓｅｃ、窒素濃度は５．２３（×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）、酸素濃度は１．２８（×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）、無欠陥層の目標値は１０４μｍである。
【0043】
一方、比較例５での最高到達温度は１３００℃、処理時間は７ｓｅｃ、窒素濃度は２．８（×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）、酸素濃度は１．０（×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）、無欠陥層の目標値は１６８μｍである。
比較例６での最高到達温度は１３００℃、処理時間は１５ｓｅｃ、窒素濃度は２．７（×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）、酸素濃度は１．２７（×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）、無欠陥層の目標値は１２０μｍである。
比較例６での最高到達温度は１３００℃、処理時間は１５ｓｅｃ、窒素濃度は２．７（×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）、酸素濃度は１．２７（×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３）、無欠陥層の目標値は１２０μｍである。
【0044】
実験３の結果を表３に示す。表３には、熱処理後における無欠陥層の目標値に対する無欠陥層の実測値を示す。
実施例１１では、無欠陥層の目標値１０４μｍに対し測定値は１０８μｍとなり、近似した結果を得ることができた。また、無欠陥層においてボイド、析出核の消滅を確認することができた。
実施例１２では、無欠陥層の目標値１０４μｍに対し測定値は１１２μｍとなり、近似した結果を得ることができた。また、無欠陥層においてボイド、析出核の消滅を確認することができた。
実施例１３では、無欠陥層の目標値１０４μｍに対し測定値は１１６μｍとなり、近似した結果を得ることができた。また、無欠陥層においてボイド、析出核の消滅を確認することができた。
実施例１１では、無欠陥層の目標値１０４μｍに対し測定値は１０８μｍとなり、近似した結果を得ることができた。また、無欠陥層においてボイド、析出核の消滅を確認することができた。
実施例１２では、無欠陥層の目標値１０４μｍに対し測定値は１１２μｍとなり、近似した結果を得ることができた。また、無欠陥層においてボイド、析出核の消滅を確認することができた。
実施例１３では、無欠陥層の目標値１０４μｍに対し測定値は１１６μｍとなり、近似した結果を得ることができた。また、無欠陥層においてボイド、析出核の消滅を確認することができた。
【0045】
一方、比較例５では、無欠陥層の目標値１６８μｍに対し測定値は６４μｍとなり、大きく差異が生じた。また、無欠陥層においてボイド、析出核は消滅しなかった。
比較例６では、無欠陥層の目標値１２０μｍに対し測定値は１９μｍとなり、大きく差異が生じた。また、無欠陥層においてボイド、析出核は消滅しなかった。
比較例６では、無欠陥層の目標値１２０μｍに対し測定値は１９μｍとなり、大きく差異が生じた。また、無欠陥層においてボイド、析出核は消滅しなかった。
【0046】
表３に示す結果より、本発明における急速昇降温熱処理の処理時間は、３０ｓｅｃ以上が望ましいことを確認することができた。
【符号の説明】
【0047】
１０ ＲＴＰ装置
２０ チャンバ（反応管）
２０ａ 雰囲気ガス導入口
２０ｂ 雰囲気ガス排出口
２５ 反応空間
３０ ランプ
４０ ウェーハ支持部
４０ｂ ステージ
５０ 放射温度計
Ｗ ウェーハ
２０ チャンバ（反応管）
２０ａ 雰囲気ガス導入口
２０ｂ 雰囲気ガス排出口
２５ 反応空間
３０ ランプ
４０ ウェーハ支持部
４０ｂ ステージ
５０ 放射温度計
Ｗ ウェーハ
【図1】
【図2】
【図3】